用于馬達(dá)式燃料泵的耐蝕性、耐磨損性以及整合性優(yōu)越的燒結(jié)軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于馬達(dá)式燃料泵的燒結(jié)軸承。其對(duì)含有硫磺或有機(jī)酸的劣質(zhì)汽油具有耐蝕性，且耐磨損性以及與偶軸材料的整合性優(yōu)越的已被小型化的燃料泵中也能夠被適合使用，并且以新穎的Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系燒結(jié)合金所構(gòu)成。其特征在于，具有以下結(jié)構(gòu)：其質(zhì)地以質(zhì)量％計(jì)含有3～13％的Zn、0.1～0.9％的P、10～21％的Ni、3～12％的Sn、1～8％的C以及由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的剩余部分；同時(shí)，以質(zhì)量％計(jì)含有15％以上的Sn的Sn合金相被形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相組成的所述質(zhì)地的晶界中；并且，具有8～18％的氣孔率；而且游離石墨分布在所述氣孔內(nèi)。
【專利說明】用于馬達(dá)式燃料泵的耐蝕性、耐磨損性以及整合性優(yōu)越的 燒結(jié)軸承 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種已由顯示優(yōu)越的耐蝕性、耐磨損性的Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系燒結(jié)合 金所構(gòu)成的馬達(dá)式燃料泵的軸承。 【背景技術(shù)】
[0002] 安裝著馬達(dá)式燃料泵的電子控制式汽油噴射裝置，由于對(duì)機(jī)動(dòng)車具有省油和無公 害化的效果，因此被廣泛地使用著。
[0003] 近年來，機(jī)動(dòng)車引擎的小型輕量化的趨勢增強(qiáng)，且伴隨這些如圖3所示的燃料泵 也被小型化，并且被用于燃料泵的軸承也被小規(guī)格化和薄壁化。一方，馬達(dá)的輸出性能卻仍 然被維持在原有的水平。因此，被用于馬達(dá)式燃料泵的軸承即使在被處于汽油的高壓高流 速的環(huán)境下，也仍然被要求具有優(yōu)越的耐磨損性。
[0004] 但是，隨著近年來機(jī)動(dòng)車市場的國際化，機(jī)動(dòng)車被普及在世界各地，但被使用在世 界各地的汽油等液體燃料的質(zhì)量卻各種各樣，不得不使用在燃料中大量含有硫磺或有機(jī)酸 的劣質(zhì)汽油的地區(qū)也不在少數(shù)。而在使用含有硫磺或有機(jī)酸的劣質(zhì)汽油的情況下，由于硫 磺或有機(jī)酸腐蝕馬達(dá)式燃料泵的軸承，進(jìn)而具有由于馬達(dá)堵轉(zhuǎn)造成故障和軸承的強(qiáng)度降低 等的導(dǎo)致軸承壽命縮短的問題。
[0005] 關(guān)于上述的問題，相對(duì)在雜質(zhì)中含有硫磺或其化合物的燃料，被公開著例如，在專 利文獻(xiàn)1、2中由Cu-Ni系燒結(jié)合金所構(gòu)成的馬達(dá)式燃料泵的軸承；相對(duì)含有有機(jī)酸等的劣 質(zhì)汽油等的燃料，被公開著例如，在專利文獻(xiàn)3中具有被形成Sn高濃度合金相的結(jié)構(gòu)的由 Cu-Ni系燒結(jié)合金所構(gòu)成的軸承。
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2001-192754號(hào)公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2002-180162號(hào)公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2006-199977號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在專利文獻(xiàn)1?2中所公開的軸承，雖具有優(yōu)越的耐磨損性，且對(duì)含有硫磺的劣質(zhì) 汽油顯示出優(yōu)越的耐蝕性，但是，針對(duì)含有有機(jī)酸的劣質(zhì)汽油其耐蝕性尚不充分。另外，在 專利文獻(xiàn)3中的軸承，雖具有優(yōu)越的耐磨損性，且即使在含有有機(jī)酸的劣質(zhì)汽油中也顯示 出優(yōu)越的耐蝕性，但是，作為馬達(dá)式燃料泵的軸承，由于與偶軸材料的整合性不佳，在馬達(dá) 運(yùn)轉(zhuǎn)初期的負(fù)荷變高的情況下，具有馬達(dá)電流過多等的問題。
[0010] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種由新穎的Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系燒結(jié)合金所構(gòu)成 的馬達(dá)式燃料泵用燒結(jié)軸承。該馬達(dá)式燃料泵用燒結(jié)軸承可將上述問題一并解決，且即使 在為了對(duì)含有硫磺或有機(jī)酸的劣質(zhì)汽油具有優(yōu)越的耐蝕性、耐磨損性以及與偶軸材料的整 合性的已被小型化的燃料泵中也能夠適合使用。
[0011] 在專利文獻(xiàn)3所示的軸承的整合性改善中，被確認(rèn)為即使降低Ni或者Sn的量也 為有效。但是，隨著降低Ni或者Sn的量則對(duì)于含有硫磺或有機(jī)酸的劣質(zhì)汽油的耐蝕性也 隨之降低。即相對(duì)Ni或者Sn的含有量其整合性和耐蝕性為相反的性質(zhì)。因此，為了兼顧 通過降低Ni或者Sn的量而改善整合性和相對(duì)含有硫磺或有機(jī)酸的劣質(zhì)汽油的耐蝕性而進(jìn) 行的精心研究的結(jié)果，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了，通過將Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系作為合金成分，將以質(zhì)量％ 計(jì)含有15%以上的Sn的Sn合金相形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相組成的質(zhì)地的晶 界，且以8%?18%的比例將氣孔分散分布在質(zhì)地，并且將游離石墨分散在所述氣孔內(nèi)作 為金屬結(jié)構(gòu)，進(jìn)而在具有優(yōu)越的耐磨損性的同時(shí)，還具有優(yōu)越的與偶軸材料的整合性，以及 對(duì)含有硫磺或有機(jī)酸的劣質(zhì)汽油所具有的優(yōu)越的耐蝕性的軸承材料。
[0012] 即，本發(fā)明的馬達(dá)式燃料泵用燒結(jié)軸承，其特征在于，具有以下結(jié)構(gòu)：以質(zhì)量％計(jì)， 其含有3?13%的Ζη、0· 1?0· 9%的P、10?21%的Ni、3?12%的Sn以及1?8%的 C，剩余部分由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，同時(shí)，以質(zhì)量％計(jì)含有15%以上的Sn的Sn合金 相被形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相組成的質(zhì)地的晶界中，并且，具有8?18%的氣 孔率，而且游離石墨分布在所述氣孔內(nèi)。
[0013] 另外，以所述質(zhì)量％計(jì)含有15%以上的Sn的Sn合金相，含有0. 1?5.0%的Zn ; 0. 4?1. 5%的P ;20?35%的Cu以及20?43. 5%的Ni，剩余部分由Sn和不可避免的雜 質(zhì)構(gòu)成。
[0014] 本發(fā)明的馬達(dá)式燃料泵用燒結(jié)軸其除了通常汽油等的液體燃料外，尤其是在高濃 度地含有硫磺或有機(jī)酸的劣質(zhì)汽油等的液體燃料中，也能夠發(fā)揮優(yōu)越的耐蝕性和耐磨損性 以及與偶軸材料的整合性，且在即使使用劣質(zhì)的液體燃料的情況下也能夠提供具有長期信 賴性的馬達(dá)式燃料泵。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為表示在實(shí)施例1的整合性試驗(yàn)中的馬達(dá)式燃料泵運(yùn)轉(zhuǎn)初期的馬達(dá)電流值的 隨著時(shí)間變化的曲線圖。
[0016] 圖2為在實(shí)施例1的電子探針微分析器中的電子顯微鏡結(jié)構(gòu)照片。
[0017] 圖3為表示汽油引擎用的馬達(dá)式燃料泵結(jié)構(gòu)的剖面圖。 【具體實(shí)施方式】
[0018] 本發(fā)明的用于馬達(dá)式燃料噴射泵的燒結(jié)軸承具有以下結(jié)構(gòu)：其質(zhì)地以質(zhì)量％計(jì)含 有3?13%的Ζη、0· 1?0.9%的P、10?21%的Ni、3?12%的Sn以及1?8%的C，其剩 余部分由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。并且，以質(zhì)量％計(jì)含有15%以上的Sn的Sn合金相，被 形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相組成的所述質(zhì)地中的晶界、且。本發(fā)明的燒結(jié)軸承 具有8?18 %的氣孔率，其中游離石墨分布在所述氣孔內(nèi)。通過將質(zhì)地作為Zn-Ni-Sn-Cu合 金的固溶體相，且將Sn合金相形成在晶界，進(jìn)而成為在顯示與偶軸材料具有優(yōu)越的整合性 又顯示出耐硫磺性和耐有機(jī)酸性的同時(shí)，還具有優(yōu)越的耐磨損性的馬達(dá)式燃料泵的軸承。
[0019] 以下，對(duì)本發(fā)明的用于馬達(dá)式燃料泵的燒結(jié)軸承的組合等進(jìn)行詳細(xì)說明。其中，在 以下所說明的含量全部為以質(zhì)量％計(jì)。
[0020] (l)Zn :以質(zhì)量％計(jì)為3?13%
[0021] Zn對(duì)于含有硫磺的汽油具有耐蝕性，且通過燒結(jié)與Ni、Sn以及Cu -同形成 Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相，進(jìn)而具有對(duì)軸承具備優(yōu)越的耐蝕性和整合性的作用。但Zn 的含量若少于3%，則得不到所望的耐蝕性以及整合性。另一方面，Zn的含量若超過13%， 則對(duì)含有有機(jī)酸的汽油其耐蝕性降低，因此不被優(yōu)選。
[0022] (2)P :以質(zhì)量 ％ 計(jì)為 0· 1 ?0· 9%
[0023] P可促進(jìn)壓坯的燒結(jié)性，進(jìn)而增強(qiáng)軸承的強(qiáng)度。燒結(jié)后大多包含在金屬結(jié)構(gòu)的晶 界。P的含量若少于〇. 1%則不能得到充分的燒結(jié)性效果。另一方面，P的含量若超過0.9%， 則燒結(jié)時(shí)的規(guī)格變化變大，進(jìn)而導(dǎo)致軸承產(chǎn)品的規(guī)格精確度降低，因此不被優(yōu)選。
[0024] (3)Ni :以質(zhì)量％計(jì)為10?21%
[0025] Ni賦予優(yōu)越的強(qiáng)度和耐磨損性以及耐蝕性，且通過燒結(jié)與Zn、Sn、Cu -同形成 Zn-Ni-Sn-Cu-合金的固溶體相，進(jìn)一步，與P和Sn以及Cu -同將Sn合金相形成在晶界，進(jìn) 而對(duì)軸承賦予優(yōu)越的強(qiáng)度和耐磨損性以及耐蝕性。Ni的含量若少于10%則得不到所希望 的優(yōu)越的耐蝕性。另一方面，Ni的含量即使超過21%，其改善耐蝕性的效果也不明顯，相反 會(huì)導(dǎo)致原料成本增加，因此不被優(yōu)選。
[0026] (4) Sn :以質(zhì)量％計(jì)為3?12%
[0027] Sn通過燒結(jié)與Ni、Sn、P -同將Sn合金相形成在晶界，進(jìn)一步，通過與Zn、Ni、P以 及Cu -同形成由Zn-Ni-P-Sn-Cu合金的固溶體相組成的質(zhì)地，進(jìn)而對(duì)軸承賦予優(yōu)越的耐蝕 性。Sn的含量若少于3%則不能充分地形成晶界相，進(jìn)而得不到所望的耐蝕性。另一方面， Sn的含量即使超過12%，其改善耐蝕性的效果也不明顯，相反則燒結(jié)時(shí)的規(guī)格變化加大， 進(jìn)而導(dǎo)致軸承產(chǎn)品的規(guī)格精確度降低，因此不被優(yōu)選。
[0028] (5)C :以質(zhì)量％計(jì)為1?8%
[0029] C為來自石墨，并且主要作為游離石墨存在于分散且分布在質(zhì)地中的氣孔內(nèi)，進(jìn)而 對(duì)軸承賦予優(yōu)越的潤滑性，并且提高其耐磨損性。C的含量若少于1 %則得不到所望的效 果，另一方面，C的含量即使超過8%其改善耐磨損性的效果也不明顯，相反導(dǎo)致軸承的強(qiáng) 度急劇降低，因此不被優(yōu)選。
[0030] (6)氣孔率：8 ?18%
[0031] 氣孔分散在質(zhì)地中，具有在液體燃料的高壓高速流通下緩和軸承所受到的強(qiáng)烈的 磨擦，且抑制軸承的磨損的效果。氣孔率若低于8%則其效果變得不充分。另一方面，氣孔 率若超過18%則強(qiáng)度顯著降低，因此不被優(yōu)選。
[0032] (7)含有15質(zhì)量％以上的Sn的Sn合金相
[0033] 被形成在質(zhì)地的晶界，且以質(zhì)量％計(jì)為含有15%以上的Sn的Sn合金相，在含有有 機(jī)酸的劣質(zhì)汽油中賦予優(yōu)越的耐蝕性。
[0034] 以質(zhì)量％計(jì)為含有15%以上的Sn的Sn合金相，通過將Cu - Ni合金粉末或者 Zn - Ni-Cu合金粉末和Sn粉末、Cu-P粉末、Cu-Zn粉末、石墨粉末，以質(zhì)量％計(jì)為含有：3? 13%的Zn ;0· 1?0· 9%的P ;10?21%的Ni ;3?12%的Sn以及1?8%的C，剩余部分 由Cu和不可避免的雜質(zhì)所構(gòu)成的成分組合的方式配合為原料粉末，然后使用已混合的原 料粉末進(jìn)行壓坯成型，接下來，在將所進(jìn)行的燒結(jié)溫度范圍控制在840°C?930°C且進(jìn)行燒 結(jié)后，再通過立即以15°C /分以上的冷卻速度進(jìn)行急冷，進(jìn)而該Sn合金相被高效率地形成 在質(zhì)地的晶界。通過上述條件所形成的Sn合金相，其含有以質(zhì)量％計(jì)為0. 1?5. 0%的Zn、 0. 4?1. 5%的P、20?35%的Cu以及20?43. 5%的Ni，剩余部分為Sn和不可避免的雜 質(zhì)。
[0035] 以下，對(duì)本發(fā)明的用于馬達(dá)式燃料泵的燒結(jié)軸承的具體的實(shí)施例進(jìn)行說明。另外， 本發(fā)明不限定于以下的實(shí)施例，也可進(jìn)行各種變形實(shí)施。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] (1)用于馬達(dá)式燃料泵的燒結(jié)軸承的制作
[0038] 作為原料粉末，準(zhǔn)備了全部具有為30?100 μ m范圍內(nèi)的所定的平均粒徑的Cu-30 質(zhì)量％ Ni合金粉末、Cu-25質(zhì)量％ Ni合金粉末、Cu-20質(zhì)量％ Ni合金粉末、Cu-15質(zhì)量％ Ni合金粉末、Cu-8質(zhì)量％ P合金粉末、Sn粉末、Cu-30質(zhì)量％ Zn合金粉末、Cu-20質(zhì)量％ Zn 合金粉末、Cu-40質(zhì)量％ Zn合金粉末、Cu-Ni-Zn合金粉末、石墨粉末以及Cu粉末。然后，將 這些原料粉末按表1所示的組合方式進(jìn)行配合，并在用V型混合機(jī)混合20分鐘后，以所定 的壓力進(jìn)行加壓成型進(jìn)而制作成壓坯。在通過混合天然氣和空氣，且經(jīng)過已加熱的催化劑 所分解而變化的吸熱型氣體（吸熱式氣體）環(huán)境中，對(duì)該壓坯在840°C?930°C范圍內(nèi)的所 定溫度下進(jìn)行燒結(jié)，然后以15°C /分以上的冷卻速度進(jìn)行急冷，之后進(jìn)行規(guī)格調(diào)整。通過以 上工序，制作出：具有外徑10mmX內(nèi)徑5mmX高度5mm的規(guī)格，且按表1所示的組合成分的 本發(fā)明的軸承（以下稱為本發(fā)明例）、以往軸承以及比較軸承。
[〇〇39] 另外，在本發(fā)明例中，通過電子探針微分析器所進(jìn)行的金屬結(jié)構(gòu)觀察的結(jié)果，其結(jié) 構(gòu)為：其質(zhì)地由Zn-Ni-Sn-Cu-合金的固溶體相所組成；含有以質(zhì)量％計(jì)為15%以上的Sn 的Sn合金相被形成在該質(zhì)地中的晶界；具有8?18%的氣孔率；并且石墨已分散且分布在 所述氣孔內(nèi)。
[0040] (2)[耐磨損試驗(yàn)]
[0041] 對(duì)于上述的本發(fā)明例和以往例以及比較例的軸承，在如下所述的條件下進(jìn)行了耐 磨損試驗(yàn)。即，處在將汽油以高速流通于狹小的空間，且由產(chǎn)生所述高速流通的馬達(dá)的高速 轉(zhuǎn)動(dòng)使所述軸承承受高壓并置于高流速的汽油中的條件下。
[0042] 將軸承安裝于外側(cè)規(guī)格為長度llOmmX直徑40mm的燃料泵，再將該燃料泵設(shè)置在 汽油油箱內(nèi)。且在葉輪轉(zhuǎn)速為5000?15000rpm、汽油流量50?250升/小時(shí)、軸承由于高 速轉(zhuǎn)動(dòng)所受到的最大壓力為500kPa、以及試驗(yàn)時(shí)間500小時(shí)的條件下實(shí)施了樣機(jī)試驗(yàn)。并 測定了在實(shí)施該試驗(yàn)后的軸承表面的最大磨損深度。其結(jié)果記載于表1。
[0043] 在本發(fā)明例中的軸承的最大磨損深度為2.8μπι以下，因此，被確認(rèn)為具有優(yōu)越的 耐磨損性。
[0044] (3)耐蝕試驗(yàn)
[0045] 對(duì)上述的本發(fā)明例和以往例以及比較例的軸承，實(shí)施了耐蝕試驗(yàn)。
[0046] 分別制作出將硫磺添加在汽油中，進(jìn)而想象為疑似劣質(zhì)汽油的硫磺試驗(yàn)液和，以 RCOOH(R為氫原子或烴基）所表示的羧酸添加在汽油中，從而想象為疑似劣質(zhì)汽油的有機(jī) 酸試驗(yàn)液。然后將該硫磺試驗(yàn)液和有機(jī)酸試驗(yàn)液加熱至60°C之后，再分別將本發(fā)明例和以 往例以及比較例的軸承放在該硫磺試驗(yàn)液和有機(jī)酸試驗(yàn)液中浸泡500小時(shí)。然后測定軸承 浸泡在該硫磺試驗(yàn)液和有機(jī)酸試驗(yàn)液中之前的質(zhì)量和浸泡之后的質(zhì)量的變化率。其通過耐 蝕試驗(yàn)的質(zhì)量變化的結(jié)果表示在表1。
[0047] 在本發(fā)明例中，軸承在硫磺試驗(yàn)液中的質(zhì)量變化為0. 12%以下、另外，在有機(jī)酸試 驗(yàn)液中的質(zhì)量變化為〇. 38 %以下。因此，被確認(rèn)為耐硫化性和耐有機(jī)酸性的兩方面的耐蝕 性高。
[0048] 另一方面，在比較例中，比較例5其軸承在硫磺試驗(yàn)液中的質(zhì)量變化為0. 35 %、其 耐蝕性低。其它的比較例為〇. 15%以下，其耐硫化性高。但另一方面，在有機(jī)酸試驗(yàn)液中的 質(zhì)量變化為〇. 56?0. 70%，其耐蝕性與本發(fā)明例相比大幅度降低。
[0049] 另外，在以往例中，顯不出，不含有Sn的以往例1其耐硫化性1?，但另一方面，耐有 機(jī)酸性比本發(fā)明例大幅度降低；而含有Sn的Ni含量比本發(fā)明例多的以往例2顯示出耐硫 化性和耐有機(jī)酸性都與本發(fā)明例大致相等的耐蝕性。
[0050] (4)整合性試驗(yàn)
[0051] 將上述的本發(fā)明例3和以往例1、2的軸承安裝在馬達(dá)，且30分鐘測定使其連續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)的消耗電流。將其結(jié)果表示在圖1。使用本發(fā)明例3的軸承和不含有Sn的以往例1的 軸承的馬達(dá)的電流值，其與Ni含量多且含有Sn的以往例2的軸承相比，在短時(shí)間內(nèi)降低， 且顯示穩(wěn)定。而且穩(wěn)定后的電流也低。由此被確認(rèn)為，本發(fā)明的軸承比以往例2的軸承其 初期整合性優(yōu)越。
[0052] [表 1]
[0053]
【權(quán)利要求】
1. 一種用于馬達(dá)式燃料泵的耐蝕性、耐磨損性以及整合性為優(yōu)越的燒結(jié)軸承，其特征 在于，具有以下結(jié)構(gòu)：其質(zhì)地以質(zhì)量％計(jì)含有3?13%的Ζη、0. 1?0.9%的P、10?21% 的Ni、3?12%的Sn、l?8%的C以及由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的剩余部分；同時(shí)，以 質(zhì)量％計(jì)含有15 %以上的Sn的Sn合金相被形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相組成的 所述質(zhì)地的晶界中；并且，具有8?18%的氣孔率；而且游離石墨分布在所述氣孔內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于馬達(dá)式燃料泵的耐蝕性、耐磨損性以及整合性為優(yōu)越的燒 結(jié)軸承，其特征在于，以所述質(zhì)量％計(jì)含有15 %以上的Sn的Sn合金相，含有0. 1?5. 0% 的Zn ;0. 4?1. 5%的P ;20?35%的Cu以及20?43. 5%的Ni，其剩余部分由Sn和不可 避免的雜質(zhì)構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】F16C33/16GK104053802SQ201380005255
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月15日
【發(fā)明者】竹添真一, 石井義成 申請人:大冶美有限公司